МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА задачи МДК 01.01
методическая разработка на тему

 Д Е П А Р Т А М Е Н Т  О Б Р А З О В А Н И Я  Г О Р О Д А  М О С К В Ы

Государственное бюджетное образовательное учреждение

Образовательный комплекс градостроительства

«Столица»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

МДК 01.01 дисциплины  « Строительные материалы и изделия»

для специальности  080201 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

2017 г.

Составитель (автор): Власенко С.В. преподаватель специальных дисциплин ГБОУ ОКГ «Столица»

Настоящие методические указания предназначены для студентов специальности 270802  " Строительство и эксплуатация зданий и сооружений" по дисциплине " Строительные материалы и изделия".

Они содержат условия и решения основных видов задач при определении и оценке физико-механических свойств строительных материалов, их технологии и применения.

Свойства строительных материалов, обусловленные их составом и структурой, определяют области их применения, которые зависят от условий эксплуатации и весьма широки и разнообразны. Правильная оценка качества строительных материалов имеет решающее значение для изготовления прочных и долговечных конструкций . При решении практических задач необходимо учитывать все свойства материала в совокупности.

Технические свойства материала - это ее способность реагировать на отдельные или взятые в совокупности механические, физические, химические, технологические процессы и явления. Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться действию внешних механических сил, вызывающих сжатие, растяжение, изгиб, истирание, а также деформироваться под воздействием внешней нагрузки, охлаждения, нагревания. Физические свойства материала характеризуют какую-либо особенность его физического состояния( плотность, пористость) и определяют отношение материала к различным физическим факторам: воздействию температуры, воды ( водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, теплопроводность и др.). Химические свойства характеризуют способность материала к химическим превращениям и их стойкость против химической коррозии. Технологические свойства определяют способность материала подвергаться обработке изготовления из него изделий.

При оценке качества строительных материалов важную роль играют физические и механические свойства. В данных указаниях рассматриваются примеры задач, связанные с определением общих технических свойств строительных материалов.

ТЕМА 1. Общие свойства.

Задача 1                                                                                                                                                                                                                                                              Определить среднюю плотность Pm каменного образца цилиндрической формы диаметром d-7 са и высотой h-10 см, если его масса m-составляет 565 г.                                                                                                                                                                                       Решение:                                                                                                                                                                                                                                                Средняя плотность Pm определяется по формуле:                                                                                                                                                                         Pm====1,47 г/см3.                                                                                                                                                                                                               Задача 2                                                                                                                                                                                                                                                           Определить среднюю плотность Pm плотного (пористость равна 0%) камня, имеющего массу m-35.9 г, если при взвешивании этого образца в воде (метод гидростатического взвешивания) он уравновешивается гирями массой mв-22,3 г.                                                                                                                                                                Решение:                                                                                                                                                                             Средняя плотность Pm определяется по формуле:                                                                                                                                                                             Pm====2,7 г/см3=2700кг/м3                                                                                                                                                                                                   Задача 3                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       Определить пористость П кирпича, если его средняя плотность равна 1743 кг/м3, а истинная P-2600кг/м3                                                                                                                                                                                                                                    Решение:                                                                                                                                                                                                                       Пористость определяется оп формуле:                                                                                                                                                П= ( 1 -  )*100%=( 1 -  )*100%= 33%.                                                                                                                                                                                  Задача 4                                                                                                                                                                                                   Образец дерева имеет массу m-6,1 г. Определить влажность, если после высушивания в термошкафу до постоянной массы, масса этого образца mсух стала 6,0 г.                                                                                                                                                                   Решение:                                                                                                                                                                                                  Вл= *100% -  *100%=16%.                                                                                                                                                                                                                              Задача 5                                                                                                                                                                                                   Определить водопоглощение по массе Wm  и по объему Wv  образца-призмы размерами 2х2х3 см, если первоначальная масса m образца составляет 7,6 г, а после насыщения водой mнас она стала 9,2 г.

Решение:                                                                                                                                                             Водопоглощение по массе и объему определяется по формуле:                                                   Wm= *100%= *100%=21%                                                                                                                                            Wм= *100%= *100%=13,3%                                                                                                                      Задача 6                                                                                                                                                                 Определить предел прочности при сжатии Rcж образца-куба размерами 15х15х15 см, изготовленного из бетона, если при испытании на сжатие он разрушился на нагрузку P-930 кН                                                                                                                                                            Решение:                                                                                                                                                                                          Предел прочности при сжатии определяется по формуле:                                                                                                  Rсж= == =41мПа или 410 кгс/см2.                                                                                                                                                            Задача 7                                                                                                                                                                                                                 Определить коэффициент размягчения Кр песчаника, если при испытании образца на сжатие в сухом состоянии он имел предел прочности Rсух-10,9 МПа, а в насыщенном водой состоянии Rнас-9,1МПа.                                                                                   Решение:                                                                                                                                                          Коэффициент размягчения определяется по формуле:                                                                                                    Кр=  = =0,84.                                                                                                                                                          Задача 8                                                                                                                                                           Определить коэффициент морозостойкости Кмрз кирпича, если предел прочности при сжатии в его насыщенном водой состоянии Rнас составил 35,6 МПа, а после 35 циклов замораживания-оттаивания- Rмрз-25,2 МПа.                                                                                                                                                                    Решение:                                                                                                                                                                                                          Коэффициент морозостойкости определяется по формуле:                                                                    Кмрз= = = 0,70.                                                                                                                                  Тема 2. Керамические материалы.                                                                                                                                     Задача 9                                                                                                                                                            Определить расход глины ( по массе и объему), необходимый для изготовления 4000шт.  кирпича при следующих данных:                                                                           Средняя плотность кирпича Pm-1700кг/м3 , средняя плотность сырой глины в карьере Pmгл-1640 кг/м3, влажность глины Вл 15% при обжиге сырца в печи потеря при прокаливании (П0П0П0) составляет 8% от массы сухой глины.                                                                                                                Решение:                                                                                                                                                                                Объем всех кирпичей:                                                                                                                                      Vk(25х12х6,5)*4000=1950см3*4000 шт. =7800000см3=7,8м3                                                                                      Масса всех кирпичей определяется по формуле:                                                        mк=Vk*Pm=7,8м3*1700кг/см3=13260кг.                                                                                                                                 С учетом потери при прокаливании масса сухой, глины составит:                                                                                               mcгл= mk*1.08=13620кг*1,08=14321кг,                                                                                                                                                          а с учетом влажности глины расход глины по массе составит:                                                                                              mгл=mсгл*1,15=14321кг*1,15=16469кг.                                                                                                                                                         Расход глины по объему определяется по формуле:                                                                                Vгл=  = =10,04м3.                                                                                                                       Задача 10                                                                                                                                                                          Каковы должны быть размеры мундштука ленточного пресса (т.е. размеры кирпича-сырца), чтобы готовый кирпич имел стандартные размеры, если общая усадка при сушке и обжиге составляет 12%.                                                                                  Решение:                                                                                                                                                                                                                                                      Размеры мундштука пресса должны обеспечить длину и ширину стандартного кирпича, а именно 250х120мм.                                                                                                       С учетом усадки глины при сушке и обжиге кирпича-сырца размеры мундштука составят:                                                                                                                    250мм*1,12=280мм и 120мм*1,12=134,5мм.                                                                                                                Задача 11                                                                                                                                                                   Определить коэффициент теплопроводности λ кирпича, если средняя его плотность Pm составляет 1600кг/м3.                                                                                                                                       Решение:                                                                                                                                                                              Коэффициент теплопроводности рассчитывают по формуле:                                λ=1,16*√0,0196+0,22*Pm/Pв2-0,16=1,16*√0,0196+0,22*1600/10002-0,16=0,72 Вт/м град. (1000кг/м3-средняя плотность воды).                                                                           Задача 12                                                                                                                                                                                Определить марку кирпича, если при испытании на сжатие разрушающая нагрузка Р составила 31000кгс, а при изгибе - 591кгс.                                                       Предел прочности при сжатии определяется по формуле:                                                                                  Rсж=  = = =206,6 кгс/см2                                                                                                                                           Rизг= = = =35.4 кгс/см2                                                                                                                                    Cогласно  ГОСТ марка керамического кирпича по прочности составит М200.                                                           Задача 13                                                                                                                                                                                                 Определить количество кирпича (тыс.шт.) и раствора (м3), необходимо для строительства двухэтажного коттеджа высотой H-6м и размерами в плане 8х10м. толщина стены 2,0 кирпича (510мм).                                                                                                                             При расчете учесть учесть 1 дверной проем размером 1х2 и 8 оконных проемов 1,3х1,5м.                                                                                                                                                                    В 1м3 кирпичной кладки содержится 380  кирпичей и 250л раствора.                                                Решение:                                                                                                                                                Определяют суммарную площадь стен коттеджа с вычетом дверного и оконных проемов:                                                                                                                                                                                  S= (10х2+8х2)*6-2+8(1,3+1,5)=216-17,7=198,4м2 .                                                                                            Объем стен Vcт составит: Sxh=198,4*0,51=101,18м3  .                                                                            Количество кирпича: 101,18м3*380шт./м3=38449шт.                                                                                               Количество раствора: 101,18м3 *0.25м3/м3=25,29 м3                                                             Тема 3. Металлы.                                                                                                                    Задача 14                                                                                                                                                                        Определить какой минимальный диаметр  d должен иметь стальной стрежень, чтобы удержать груз массой 4500кг.                                                                                                         Допускаемое напряжение на разрыв для данной марки стали Rр составляет 150МПа.                                                                                                                               Решение:                                                                                                                                          Диаметр стержня определяется по результатам расчета минирально- допустимой площадки  поперечного сечения стержня, выдерживающего заданную нагрузку, округляя расчетное значение в большую сторону.                                          Rр= = , отсюда d=2√ =2√0,955=2см или 20мм.                                                                                                           Тема 4. Неорганические вяжущие вещества.                                                                                      Задача 15                                                                                                                                                             Определить количество полуводного гипса, получаемое при термообработке 5 т гипсового камня.                                                                                                                                 Решение:                                                                                                                                                                      В процессе термообработки гипсового камня происходит дегидратация двуводного гипса по уравнению реакции:                                                                                                                                 CaSO4*2H2O ------- CaSO4*0.5H2O+1.5H2O .                                                                                                                        Атомные массы: Ca-40;    S-32;   h-1;   0-16.                                                                                                       Молярная масса:                                                                                                                                                      CaSO4*2H2O - 40+32+4*16+2(2+16)=172 кг/моль.                                                                                                    CaSO4*0,5 H2O- 40+32+4+16+0,5(2+16)=145кг/моль                                                                    Из уравнения следует, что из 1 моля СaSO4 получается 1 моль СaSO4*0,5H20, значит                                                                                                                                                                        из 172кг СaSO4*H2O  получается 145кг СaSO4*0,5H2O .                                                                           из 5000кг  СaSO4*H2O   -    кг СaSO4*0,5H2O .                                                                                                                         Составляется пропорция: 172:145=5000:ь=m и отсюда =m=  =4515кг.                                                Задача 16                                                                                                                                                                                                  Определить теоретическое количество воды, необходимое для гидратации 200кг.полуводного гипса:                                                                                                                                                                                     145кг СaSO4*0,5H2O =1H2O=СaSO4*2H2O                                                                                                                                                        Молярная масса СaSO4*0,5H2O - 40+32+4*16+0,5(2+16)=145кг/моль.                                                        1,5 H2O - 1,5(2+16) = 27кг/моль.                                                                                                                                 Следовательно,                                                                                                                                                                             на гидратации 145кг СaSO4*0,5H2O  требуется 27кг H2O.                                                                                                                                       на 200кг СaSO4*0,5H2O     - m кг H2O.                                                                                                                                                        Составляется пропорция:  145:27=200:m из которой =m=  =37,2кг.                                                Задача 17                                                                                                                                                                                                                                                                             Определить количество известняка, необходимое для получения 10 т извести. Влажность известняка составляет 12%.                                                                                                                                              Атомные массы:   Ca-40;    S-32;   h-1;   0-16.                                                                                                               Решение:                                                                                                                                          Количество известняка определяется расчетом по химическому уравнению разложения известняка при обжиге:                                                                                                                CaCO3 -------- CaO+CO2                                                                                                                                 Молярная масса:                                                                                                                       CaCO3 -40+12+3*16=100кг/моль.                                                                                                                       CaO - 40+16=56кг/моль.                                                                                                                                                                                                            Составляя пропорцию: 100:56= m:10000, находим m.                                                                                                          Масса сухого известняка                                                                                                                           m= =17857кг,                                                                                                                                                                                            масса влажного известняка составит:                                                                                                    mв.п =m(1+Вл)=17857*1,12=19999кг.                                                                                                                                                                                                               Задача 18                                                                                                                                                                                                                   Определить количество воды, которое потребуется для гашения 200кг извести- кипелки.                                                                                                                     Решение:                                                                                                                                                                                                    Гашение извести заключается в гидратации оксида кальция при действии воды по реакции:                                                                                                                                                                   CaO+H2O ------- Ca(OH)2  .                                                                                                                     Молярная масса:                                                                                                                 CaO - 40+16=56кг/моль,                                                                                                                                                                                                                                                                 H2O  - 2+16=18кг/моль.                                                                                                                                                                            Отсюда следует, что                                                                                                                               на 56кг извести требуется 18кг воды,                                                                                              на 200кг      -m.                                                                                                                                                   Из пропорции находится                                                                                                                                               m= =64028кг.                                                                                                                     Задача 19                                                                                                                                               Определить массу цемента, которая может храниться в силосе, имеющим диаметр d-6м и высоту  H-20м, при насыпной плотности цемента в уплотненном состоянии Pнас - 1400кг/м3.                                                                                                                                                                        Решение:                                                                                                                                                                   Масса цемента определяется по формуле:                                                                                                       м=V*Pнас=π(d/2)2*H*Pнас=3,14*9*20*1400=791280кг=791,28 т.                                                     Задача 20                                                                                                                                                 Определить активность и марку цемента, если при испытании стандартных образцов разрушающая нагрузка при сжатии 13800 кгс, а при изгибе-265кгс.                                                   Решение:                                                                                                                                                                   Активность. цемента называется предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток.                                                                                                                                                                                                                                                        Предел прочности при сжатии определяется по формуле:                                                Rсж=  = =552 кгс/см2=55,2 МПа                                                                                                                        Предел прочности при изгибе определяется по формуле:                                                                           Rизг= = =62.12 кгс/см2=6.21 МПа                                                                                                               Cогласно требованиям ГОСТ марка цемента по прочности составит М550.                                 Задача 21                                                                                                                                                                                               Определить марку гипса, если  при испытании стандартных образцов разрушающая нагрузка при сжатии Р составила 1800 кгс, а при изгибе-154кгс.                                                             Предел прочности при сжатии определяется по формуле:                                                            Rсж=  = =72 кгс/см2=7,2 МПа                                                                                                                        Предел прочности при изгибе определяется по формуле:                                                                           Rизг= = =36 кгс/см2=3.6 МПа                                                                                                                Из чего следует, что марка гипса составит согласно требованиям ГОСТ Г-7.                               Задача 22                                                                                                                                                                                                                          Определить активность клинкера портландцемента для  получения пуццоланового портландцемента М 400, состоящего из 70% клинкера портландцемента и 30% трепела. Предполагается, что трепел не участвует в реакции образовании цементного камня до 28-суточного возраста.                                                                                                            Решение:                                                                                                                                                  Для получения  пуццоланового портландцемента М 400  требуется клинкер портландцемента с активность. Rсж28, величину которой находим из соотношения:  0,7. Rсж28, откуда                                                                                                                                                                                       Rсж28=400:0,7=570кгс/см2 или 57МПа.                                                                                                  Задача 23                                                                                                                                                                  Определить пористость затвердевшего цементного камня, изготовленного из портландцемента, если цементное тесто при затворении содержит 32% воды, а количество химически связанной воды составляет 18% от массы цемента. Истинная плотность портландцемента Pц=3,1г/см3                                         Решение:                                                                                                                                                                                                                                                     Абсолютный  объем цементного теста из 1 кг цемента составит:                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Vц.т.=+=+=0,64см3.                                                                                                                Абсолютный  объем цементного камня из 1 кг цемента составит:                              Vц.т.=+=0,50см3.                                                                                                                          Объем пор в цементном камне Vп=Vц.п.- Vц.к.=0.64-0.50=0.14                                             пористость цементного камня составит:                                                                                                   П=*100%=*100=22%

Литература

1. Л.Н. Попов, Н.Л. Попов. Строительные материалы и изделия.                                   М., ГУП ЦПП, 2005.

2. . Л.Н. Попов, М.Б. Каддо. Строительные материалы и изделия.                                             М., Высшая школа, 2006.

3. А.А. Барташевич, Л.М. Бажар. материаловедение. Ростов-на-Дону, 2005

4.И.А.Рыбьев. Строительное материаловедение. М.Ю Высшая Школа, 2003